用于制造电池单池的电极的方法技术

一种用于制造电池单池(2)的电极(1)的方法；其中，所述方法至少具有下述步骤：a)制备电极(1)的用活性材料(3)涂层的载体材料(4)；b)将涂层的载体材料(4)用形成孔隙的流体(5)加载，使得该流体(5)被吸收到活性材料(3)中；c)加热用流体(5)加载的载体材料(4)并且流体(5)在形成孔隙的情况下至少部分地从活性材料(3)排出。排出。排出。

【技术实现步骤摘要】
用于制造电池单池的电极的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于制造电池单池的电极的方法。布置在载体材料上的活性材料尤其应被掺混有形成孔隙的试剂。所述载体材料尤其包括带状的载体材料。

技术介绍

[0002]对于机动车的驱动越来越多地使用电池、尤其锂离子电池。电池通常由电池单池构成，其中每个电池单池都具有阳极片、阴极片和分隔片的堆垛。至少一部分阳极片和阴极片设计成电流放电器，用于将电池单池提供的电流导出至布置在电池单池外部的用电器。
[0003]在制造锂离子电池单池时，所谓的载体材料，尤其带状的载体材料，例如载体膜在两侧通过涂覆工具用浆料涂层。浆料由多种成分构成，活性材料、导电碳黑、粘合剂、溶剂和必要时其他的添加剂。在分别单面进行的涂层之后，被涂层的载体材料分别输送至干燥过程，以蒸发所含的溶剂并将剩余的成分与载体膜牢固地结合。载体膜形成电池单池的放电器。
[0004]以此产生的涂层是多孔的。孔隙度通过压延或者说压光减小，因为在此涂层被压实。压延是需要的，以便提高比电容(基于体积)和导电性。
[0005]活性材料在压延时被压缩约40％。压延过程与轧制过程相似。活性材料在小的变形区被以很高的压延力压缩。在压延过程期间出现以下问题：
[0006]首先，由于压延力较高，在活性材料表面上的孔隙度大大减小，在该表面处电极与压延辊接触。阳极尤其由石墨作为活性材料构成；此外阳极还包含例如粘合剂SBR、稀释剂CMS和导电碳。尤其试图达到活性材料1.6g/cm3[克/立方厘米]的密度，以提高电池单池的按体积的能量密度。高密度也提高电池单池的导电性。孔隙率的靠近表面的减少使得锂离子更难聚集在石墨层中。以此在表面出现更强烈的析锂(Lithium
‑
Plating)，即金属锂的沉积。然而电池单池的使用寿命以此极大减少。因为在压延时变形在非常小的区域内(取决于辊子的直径)进行，所以在小的变形区域内有非常高的应力集中，其中，这种应力集中导致活性材料中的裂纹。总之，在压延时的高压缩是符合期望的，但高压缩带来析锂的问题。
[0007]第二，针对确定的孔隙尺寸范围的孔隙结构的变化和活性材料的变形是关键因素，其负面影响电池单池的电化学能力。表面粗糙度和表面开口的孔隙肯定影响电极与电解质的整体的润湿行为并且随压缩比变化。通常，在压延时孔隙率减小高达30％，但在表面处，在压实度(即孔隙率减小)为20％时，已经可以观察到活性材料颗粒的变形。这意味着孔隙率在活性材料的层厚度上不是均匀分布的。相对于靠近载体材料的孔隙率，在表面的孔隙率大大减小。
[0008]活性材料的颗粒变形仅限于布置在活性材料的表面上的颗粒，这影响电池单池的电化学能力。通过高的压延压缩完成的颗粒在表面上的变形导致电化学循环期间针对锂离子的传输障碍，使得这些电极的长期性能就针对相对较高的C率被极大影响。在高的约20％至约26％的孔隙率减少的情况下，具有在2μ的[微米]和5μ米之间的最大直径的特别大的孔隙通过压缩闭合。这些就在表面上的缺失的“大”孔隙和整体较小的总孔隙体积对电化学特
性的影响是析锂的主要原因之一，这大大降低电池单池的使用寿命。
[0009]阻塞或者说去除大的孔隙和大大减少总孔隙体积都导致电解质/活性材料颗粒界面的量少，其可用于锂离子转移。电解质/活性材料颗粒界面的减少可以导致电解质润湿的问题。这也导致电化学性能的劣化。
[0010]为了解决上述问题，迄今实施了下述措施：
[0011]·
以更高份额添加具有更高孔隙率的多孔碳粉(porocarb)；然而porocarb多孔碳粉是昂贵的材料；
[0012]·
将压延时的压缩率减小到小于20％；但是以此降低了电池单池的体积能量密度并且也降低了活性材料的导电性；
[0013]·
添加更多2％至5％的导电碳，使得活性材料颗粒之间的自由空间能被导电碳填充，并且即使在压延压缩较小时也实现导电性。
[0014]但是这些措施具有下述缺点：
[0015]·
压延时压缩较小意味着电池单池中体积能量密度较小；
[0016]·
压延时压缩较小意味着活性材料中的导电性较低，因为导电碳不能接触活性材料颗粒；
[0017]·
更多导电的碳意味着在压延后的回弹更大；就必须以两个步骤进行阳极的压延，其中，额外的最后步骤用于对回弹的补偿；这增加了机器的空间需求和成本；
[0018]·
随着更高份额的导电碳，悬浮体或者说浆的粘度就增大，这意味着干燥时间更长并且难以湿涂层。
[0019]作为可行的替选解决方案，活性材料例如可以已具有不同孔隙度的不同的层构建。最上层具有较高的孔隙度，以补偿通过压延压实导致孔隙度的降低。但是涂层过程以此变得非常复杂。此外在两个相邻的涂层之间的内聚力方面也会出现问题。
[0020]文献CN 111725479 A说明了一种锂离子电池单池的电极和针对该电极的制造方法。在此，电极用活性材料涂层，其中已经加入形成孔隙的药剂。
[0021]在载体材料涂层之前就将形成孔隙的药剂添加到活性材料中，以此至少影响活性材料的化学特性和粘度。

技术实现思路

[0022]因此本专利技术要解决的技术问题是，至少部分解决在现有技术方面介绍的问题。尤其要建议一种方法，通过其可以以有利方式设置活性材料的孔隙度。
[0023]通过一种用于制造电池单池的电极的方法解决上述问题。有利的改进设计方案是本申请的内容。在本申请中逐个说明的特征可以以在技术上适宜的方式相互结合，并且可以通过来自说明书的所阐述的情况和/或附图的细节补充，其中指明本专利技术另外的实施方案方案。
[0024]建议一种用于制造电池单池的电极的方法。所述方法至少包括以下步骤：
[0025]a)制备电极的用活性材料涂层的载体材料；
[0026]b)将涂层的载体材料用形成孔隙的流体加载，使得该流体被吸收到活性材料中；
[0027]c)加热用流体加载的载体材料并且流体在形成孔隙的情况下至少部分地从活性材料排出。
[0028]方法步骤的分为a)至c)的上述(非封闭的)划分主要仅用于区分，而并不强制规定顺序和/或关联性。方法步骤的频率也可以不同。方法步骤至少部分在时间上重叠也是可行的。优选步骤a)至c)以所给出的顺序实施。
[0029]待制造的电极尤其规定用于在锂离子电池单池中使用。电极尤其包括载体材料，例如铜或铝膜。所使用的载体材料尤其针对阳极由10至12μm厚的铜，针对阴极由12至15μm厚的铝构成。载体材料至少在最大的侧面上，必要时也在彼此相对的最大的侧面上用活性材料涂层。
[0030]尤其活性材料包括碳黑(carbon black)、NMC(作为存储锂的活性材料的锂
‑
镍
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钴
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锰)、石墨(作为存储锂的活性材料)、CNT(碳纳米管)、SBR(作为粘合剂的苯乙烯
‑
丁二烯橡胶)、CMC(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造电池单池(2)的电极(1)的方法；其中，所述方法至少具有下述步骤：a)制备电极(1)的用活性材料(3)涂层的载体材料(4)；b)将涂层的载体材料(4)用形成孔隙的流体(5)加载，使得该流体(5)被吸收到活性材料(3)中；c)加热用流体(5)加载的载体材料(4)，并且流体(5)在形成孔隙的情况下至少部分地从活性材料(3)排出。2.按照权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)和c)之间，在另外的步骤x)中将活性材料(3)压实。3.按照权利要求2所述的方法，其中，活性材料(3)在步骤x)中被压实到至少1.5g/cm3的密度。4.按照上述权利要求2和3之一所述的方法，其中，步骤x)包括压延，并且步骤c)在空间上与步骤x)间隔地进行。5.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，步骤c)仅通过热对流或热辐射进行。6.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，涂层的载体材料(4)至少在步骤a)至步骤c)期间作为连续材料(6)被处理，并且在步骤c)之后分成电极片(7)。7.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，步骤b)在填...

【专利技术属性】
技术研发人员：K贾马达，
申请(专利权)人：大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：